ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ

ЛЕКЦІЯ 3 ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ

3.1 Вимоги, які ставляться до інструментальних матеріалів

Вимоги, які ставляться до інструментальних матеріалів, визначаються умовами, в яких знаходяться контактні поверхні інструменту під час зрізування з заготовки припуску, який був залишений під оброблення. Перш за все, щоб інструмент міг здійснювати різання, він повинен мати змогу проникати в оброблюваний матеріал без деформування. Як приклад, на рис. 3.1 показане лезо інструменту, яке зрізає шар металу товщиною а. Стружка прилягає до передньої поверхні леза в межах площадки контакту довжиною с. Вона переміщується по передній поверхні леза, а його задня поверхня контактує з поверхнею різання, яка також переміщується відносно леза. Зрізуваний шар через стружку тисне на передню поверхню з нормальною силою , завдяки чому в межах площадки контакту виникає нормальне напруження /(ab) (b – ширина зрізуваного шару), яке може досягати 500-700 МПа. Окрім цього, в умовах переривчастого різання або при зрізуванні нерівномірного припуску, сили різання будуть змінюватися, що приведе до виникнення циклічних напружень. В процесі різання внаслідок перетворення механічної роботи в теплоту з боку деталі на інструмент діє потужний тепловий потік, в результаті чого на передній поверхні леза встановлюється висока температура (до 800-900С).

Рисунок 3.1 – Умови роботи леза інструменту при точінні

Наведені особливості роботи інструменту обумовлюють такі основні вимоги до матеріалу робочих частин інструментів:

• висока твердість, яка повинна перевищувати твердість оброблюваного матеріалу;
• висока механічна міцність (тобто достатня в'язкість та здатність чинити опір стиску та вигину), висока границя витривалості;
• висока теплостійкість (під теплостійкістю розуміють здатність матеріалу зберігати під час нагрівання твердість, достатню для виконання процесу різання. Теплостійкість характеризується температурою червоностійкості кр.);
• малочутливість до циклічних температурних змін при переривчастому процесі різання;
• висока теплопровідність, яка поліпшує умови відведення теплоти від зони різання;
• стійкість проти зношування в умовах великих контактних навантажень, тертя та високих температур;
• достатня надійність;
• добра оброблюваність в холодному і гарячому стані, в тому числі і шліфуванням і т. ін.;
• дешевизна, відсутність використання дефіцитних матеріалів.

Інструментального матеріалу, який би в рівній мірі задовольняв всім перерахованим вище вимогам, в природі не існує. В зв’язку з цим, необхідно підбирати область застосування для кожного інструментального матеріалу, яка б забезпечувала його найраціональнішу експлуатацію.

3.2 Вуглецеві та низьколеговані інструментальні сталі

3.2.1 Вуглецеві інструментальні сталі

У практиці зустрічається чимало способів оброблення металів, при яких не застосовуються високі швидкості різання (наприклад, слюсарне оброблення, протягування і т. ін.). Природно, що для таких видів оброблення різанням матеріали з високою теплостійкістю не потрібні, раціональніше застосовувати дешеві інструментальні матеріали. Основними вимогами до робочих частин інструментів з таких матеріалів є твердість, міцність і стійкість проти зношування. Ці інструменти, як правило, виготовляють із недорогих вуглецевих інструментальних сталей марок У7-У13А.

Вуглецеві інструментальні сталі – це сталі, які містять 0,7-1,3% вуглецю (У7-У13). Вони позначаються літерою У, цифри після якої визначають вміст вуглецю в десятих частках відсотка, тобто У7 –0,7%, У13 – 1,3% вуглецю.

Твердість і фізико-механічні властивості загартованих інструментальних сталей в основному визначаються процентним вмістом вуглецю. Зі збільшенням його кількості твердість сталі зростає, але зменшується її в'язкість. В результаті цього інструменти стають крихкими, погано витримують навантаження, насамперед ударне. Марки вуглецевих інструментальних сталей та їх хімічний склад встановлюються відповідним стандартом.

Добавлення марганцю поліпшує прогартовуваність сталі (гартування на певну глибину), але під час гартування у воді в такій сталі можуть виникати тріщини. В разі додержання правильних режимів термооброблення твердість НRС вуглецевих інструментальних сталей досягає 58-64 одиниць.

Бажано, щоб у вуглецевих інструментальних сталях була мінімальна кількість сірки та фосфору. Зменшення вмісту сірки знижує червоноламкість, тобто міцність сталі при підвищених температурах, а зменшення вмісту фосфору – холодноламкість сталі. Крім того, сталь зі зменшеним вмістом сірки та фосфору має меншу схильність до тріщиноутворення під час термооброблення. Наявність тріщин в інструменті різко знижує його працездатність. Високоякісні сталі зі зниженим вмістом сірки (до 0,02 %) і фосфору (до 0,03 %) краще протистоять дії ударних навантажень. Маркуються вони додатковою літерою А (наприклад, У12А). Літера Г в позначенні марки сталі вказує на те, що в її складі є марганець. Наприклад, у сталі марки У8ГА міститься до 1 % марганцю та (в середньому) 0,8 % вуглецю (У8).

Вуглецеві інструментальні сталі марок У7, У7А – У13, У13А призначені для виготовлення слюсарних інструментів.

Вуглецеві інструментальні сталі доцільно використовувати для виготовлення інструментів, що працюють з швидкостями різання (10-20 м/хв або 0,15-0,3 м/с). Теплостійкість таких інструментів лежить у межах 180-240 °С. При цих температурах втрачаються твердість і різальні властивості інструментів, що робить їх непридатними для застосування.

3.2.2 Низьколеговані інструментальні сталі

Для підвищення різальних властивостей інструментальних сталей в їх склад вводять різні елементи (легують) – вольфрам, хром, кремній, марганець та ін. Такі сталі називаються легованими інструментальними. Оскільки вміст легуючих елементів невисокий, їх прийнято називати низьколегованими інструментальними сталями. Інструменти, виготовлені з таких сталей, витримують температури в зоні різання до 280-350°С, а деякі навіть до 400°С. Хімічний склад цих сталей установлюється відповідним стандартом. Наприклад, сталь марки 9ХС містить 0,9 % вуглецю, по 1 % (в середньому) хрому і кремнію.

До складу низьколегованих інструментальних сталей можуть входити такі елементи, як вольфрам, ванадій, марганець. Вміст сірки та фосфору в цих сталях не повинен перевищувати 0,03 %. Такі сталі порівняно з вуглецевими краще загартовуються і менше деформуються під час термооброблення, мають більш високі механічні властивості. Так, сталь марки ХВГ, що містить по 1 % (в середньому) хрому, вольфраму та марганцю, має високу твердість, дуже високу в'язкість, високу міцність. Теплостійкість цієї сталі досягає 400°С, що дає змогу працювати на швидкостях різання в 1,2-1,5 разу вищих, ніж при використанні вуглецевих інструментальних сталей.

Із низьколегованих інструментальних сталей найчастіше виготовляють пуансони для штампування, контрольно-вимірювальні інструменти, протяжки, спеціальні свердла, розвертки та інший різальний інструмент. Такі інструменти непогано працюють при низьких швидкостях різання, проте при їх підвищенні інструменти перегріваються і втрачають різальні властивості. Для роботи з високими швидкостями різання доцільно використовувати швидкорізальні сталі, тверді сплави та інші матеріали.

3.3 Швидкорізальні сталі

3.3.1 Швидкорізальні сталі звичайної продуктивності

До таких сталей належать швидкорізальні сталі марок Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р6М5, 10Р6М5, Р6М5Ф3, 11РЗМ3Ф2Б, Р9М4, Р8М4, 10Р8М3, Р3М3Ф3Б2 та ін. Технологічно правильно виконаний режим термооброблення забезпечує твердість НRС 62-64,5, при цьому теплостійкість інструментів становить 615-625°С, а міцність на згин в = 3000...4000 МПа.

Найчастіше застосовується швидкорізальна сталь звичайної продуктивності марки Р6М5, яка майже повністю замінила вольфрамові сталі Р18, Р12, Р9. Сталь Р6М5 використовується в основному для оброблення вуглецевих і низьколегованих сталей твердістю НВ 200-250, чавуну та кольорових металів при швидкостях різання до 40-50 м/хв. За властивостями вона практично не поступається сталям Р18 і Р12.

Крім сталі Р6М5 випускаються вольфрамомолібденові сталі Р9М4, Р8М5, Р6М3 та ін. У розробці швидкорізальних сталей звичайної продуктивності спостерігається тенденція до збільшення вмісту вуглецю від 0,7-0,8 до 0,95-1,1% при збереженні вмісту ванадію в кількості 1,7-2 % (сталі 10Р6М5, 10Р8М3).

Підвищену технологічність має високовуглецева швидкорізальна сталь марки 10Р6М5 такого складу, %: С – 1; W – 5,5; Мо – 5,3; Cr – 4,4; V – 1,6; Со – 0,6; Ті – 0,1; Мg – 0,001; N – 0,033. Завдяки невисокій твердості (НВ 207-217) у відпаленому стані сталь легко піддається обробленню різанням. Сталі 10Р6М5 і 10Р8М3 мають підвищену стійкість проти зношування, вони рекомендуються для різання загартованих конструкційних сталей твердістю НRС > 30.

3.3.2 Швидкорізальні сталі підвищеної продуктивності

Останнім часом розроблено велику кількість швидкорізальних сталей підвищеної продуктивності: Р18М2, Р3ВФ2К5, Р18Ф2К8М, Р9К5, Р14Ф4, Р12Ф3, Р12Ф4К5, Р12М3Ф2К8, Р10М4Ф3К10, Р9М4К8, Р9К10, Р8М3К6С, Р6М5К5, Р6М5Ф2К8, 10Р6М5К5 та ін. Ці сталі мають високу твердість (НRС 68-70) при міцності на вигин в = 2500...2800 МПа та теплостійкості 630-650°С. Їх рекомендується застосовувати в основному для оброблення важкооброблюваних сталей і сплавів, включаючи жароміцні та титанові сплави.

Сталі з підвищеним вмістом ванадію, які використовуються головним чином для чистового оброблення, відрізняються підвищеною стійкістю проти зношування завдяки високій твердості карбідів ванадію. Проте ванадій погіршує шліфованість сталей, через що підбирають оптимальний вміст ванадію в поєднанні з іншими легуючими елементами.

Кобальт підвищує теплостійкість швидкорізальних сталей, особливо ефективних для чорнового оброблення жароміцних сплавів та інших важкооброблюваних матеріалів.

Виробляються також сталі Р12ФЗ (ЕП597), Р12Ф4К5 (ЕП600), Р8М3К6С (ЕП722), які мають високі шліфованість, оброблюваність різанням, технологічність (у гарячому стані) та низьку зневуглецьовуваність. Швидкорізальну сталь Р12Ф4К5 рекомендується застосовувати для оброблення аустенітних, високоміцних і цементованих сталей.

Сталь Р8М3К6С (твердість НRC 67-68) призначена для різання особливо важкооброблюваних матеріалів: високоміцних і загартованих сталей твердістю НВ 400, жароміцних сплавів тощо.

Із сталей підвищеної продуктивності найширше використовується універсальна сталь Р6М5К5 твердістю НКС 63-66 і теплостійкістю 630°С. Ця сталь призначена для чорнового та чистового оброблення важкооброблюваних матеріалів.

Сталь Р9М4К8 (ЕП688) твердістю до НКС 66-68 рекомендується застосовувати для виготовлення фрез усіх типів, розверток та зуборізних інструментів при обробленні жароміцних сталей.

Нова висококобальтова сталь Р6М5Ф2К14 (ЕП804) призначена для важких режимів різання.

Для переривчастого різання високоміцних сталей в умовах ударних навантажень призначена сталь Р6М5Ф2К8 (ЕП658) твердістю НКС 65-67. Молібденові сталі Р2М6Ф2К8АТ (ЕП734) та Р10М5Ф2К8АТ (ЕП733) добре зарекомендували себе при обробленні високохромистих сталей типу 15Х11МФ і жароміцних нікелевих сплавів з великим вмістом вольфраму та ванадію.

3.3.3 Порошкові швидкорізальні сталі

Виготовлення інструментів із швидкорізальних сталей способами порошкової металургії дає змогу значно розширити галузь застосування різальних інструментів та збільшити швидкість різання.

Складнолеговані швидкорізальні сталі марок Р9М4К8П, Р6М5К5П, Р6М5К8П (АSР 30), а також марок 10Р6М5К5ПЕ та Р12Ф2К8М3ПЕ (тут П –порошковий метал, Е – умовно означає екструзію, тобто спосіб виготовлення матеріалів примусовим видавлюванням через профільований інструмент – екструдер) одержують з розпилених порошків способом газостатичного пресування з наступною деформацією (куванням, прокаткою) або з використанням гарячої екструзії, газового пресування та кування. Карбідна неоднорідність цих сталей відповідає першому балу за ГОСТ 19265-75 у будь-яких перерізах.

Рекомендується застосовувати для різальних інструментів (різців, фрез, свердел) при обробленні важкооброблюваних матеріалів – титанових сплавів, нержавіючих та жароміцних сталей і сплавів.

За різальними властивостями порошкові сталі займають проміжне положення між звичайними швидкорізальними сталями та твердими сплавами і рекомендуються для виготовлення інструментів, призначених для оброблення титанових сплавів, високолегованих сталей та інших важкооброблюваних матеріалів у напружених умовах оброблення, в тому числі і для переривчастого різання з ударними навантаженнями та різання на підвищених швидкостях. Особливо наочною є перевага порошкових сталей при точінні титанових сплавів: стійкість різців у цьому разі підвищується в 3-9 разів.

3.3.4 Карбідосталі

Одним із сучасних напрямів удосконалення порошкових швидкорізальних сталей є виготовлення карбідосталей. Для цього в порошкові швидкорізальні сталі вводяться різні карбідоутворюючі елементи, наприклад, титан. Широко відомі карбідосталі, в які вводяться карбіди або нітриди титану, наприклад Р6М5К5 і Р6М5, та додається 20 % карбіду титану (ТіС). Техніко-експлуатаційні характеристики таких швидкорізальних сталей: твердість НRС 68-70, теплостійкість 650-690°С, границя міцності на вигин 1500-2000 МПа.

Їх найраціональніше застосовувати для оброблення важкооброблюваних матеріалів та для виготовлення багатогранних непереточуваних пластин та інструментів з малим об'ємом шліфування при заточуванні, тому що вони мають низьку пластичність і погану шліфованість.

3.3.5 Безвольфрамові швидкорізальні сталі

Дефіцитність вольфраму та його висока вартість примушують шукати шляхи його заміни, зменшення вмісту, регенерації

Безвольфрамова сталь 11М5Ф такого складу, %: С – 1,1; Mo – 5,5; Cr – 4; V – 1,5; Се – 0,05, має широкий інтервал температур, допустимих для гартування (1140-1180°С). Її твердість після термооброблення НRС 64-66, міцність на вигин в = 3400...4000 МПа. Сталь відрізняється високою ударною в'язкістю (ан = 0,45...0,60 МДж/м2) та теплостійкістю (620°С). За технологічними властивостями сталь 11М5Ф перевищує сталь Р6М5; вона краще обробляється різанням, менше схильна до зневуглецьовування, окислення, задовільно шліфується. Вона рекомендується застосовувати для оброблення вуглецевих і низьколегованих сталей, мідних та алюмінієвих сплавів.

3.3.6 Дисперсійно-твердіючі сплави

Одним з перспективних напрямів розвитку інструментальних матеріалів є створення дисперсійно-твердіючих сплавів із вмістом зміцнювальних металевих сполук до 50 %. Ці сплави займають проміжне положення між швидкорізальними сталями та твердими сплавами.

Основне призначення дисперсійно-твердіючих сплавів – оброблення важоброблюваних аустенітних сталей і сплавів на основі Fе-Nі та титанових сплавів. Дисперсійно-твердіючі сплави відрізняються підвищеною твердістю після відпускання (НRС 70) і теплостійкістю (700-720°С), міцність на вигин становить 1500-3700 МПа. Найперспективнішими марками сучасних дисперсійно-твердіючих сплавів є: з малим вмістом вуглецю (до 0,15 %) – В18М4К25, В18М7К25, В14М7К25 (ЕП723), Л7К23 (ЕП831), В3М12К23 та інші; сплави з великим вмістом вуглецю – 25В20К25ХФ, 3В20К16ХФ та ін. У марках цих сплавів літерою В позначається вольфрам. Рекомендується використовувати для оброблення спеціальних сталей, титанових сплавів усіх типів, аустенітних сталей.

Новий напрям у розробках дисперсійно-твердіючих сплавів – створення порошкових і безвольфрамових сплавів

3.4 Тверді сплави

3.4.1 Однокарбідні тверді сплави

Однокарбідні тверді сплави складаються з твердого розчину карбіду вольфраму WС у кобальті та залишкових карбідів вольфраму. Промисловістю випускаються наступнім марки: ВК2, ВК3, ВК3М, ВК4, ВК4В, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25. Цифри у позначенні марки сплаву після літери К показують процентний вміст кобальту. Наприклад, у твердому сплаві марки ВК8 є 8 % кобальту (К8), решта – 92 % карбіду вольфраму. Виготовляють однокарбідні тверді сплави способом порошкової металургії.

Однокарбідні тверді сплави, як правило, використовуються для оброблення чавуну, кольорових металів та їх сплавів, неметалевих матеріалів, високоміцних і важкооброблюваних сталей та ін.

Слід звернути увагу на те, що чим більше кобальту в марці твердого сплаву, тим більш в'язкими і міцними будуть виготовлені з нього інструменти, а значить, такий сплав доцільно застосовувати для грубішого (чорнового) оброблення.

При експлуатації твердосплавних інструментів в умовах ударних навантажень на їх працездатність сильно впливає пластичність сплаву. З урахуванням цього чинника для виготовлення інструментів, що працюють з ударними навантаженнями, розроблено однокарбідні тверді сплави груп С, КС і К, які порівняно із звичайними однокарбідними сплавами мають вищі значення циклічної міцності.

Сплави групи С – середньозернисті, розмір зерен карбіду вольфраму становить 2-2,7 мкм. Вони мають підвищену стійкість проти зношування та помірну пластичність.

Сплави групи КС– крупнозернисті (середній розмір зерен карбіду вольфраму становить 4 мкм), мають високі міцність, пластичність і стійкість проти зношування. Літерою К маркують сплави з особливо крупним зерном розміром 6-10 мкм.

Сплави зазначених груп рекомендується застосовувати на операціях важкого чорнового точіння та фрезерування.

Сплави групи ОМ з надтонкою структурою одержують подрібненням зерна. Це дає змогу підвищити їх в'язкість і твердість. Сплави з надтонкою структурою (типу – особливо дрібнозернисті) мають підвищену густину, що дає змогу формувати при заточуванні більш гостру кромку та поліпшити шліфованість.

Особливо дрібнозернисті тверді сплави дають змогу виконувати заточування різальних інструментів з високою точністю та заданою шорсткістю. Використання цих сплавів дає значний економічний ефект.

Залежно від кількості карбіду хрому останній по-різному впливає на границю міцності твердого сплаву. У сплаві, що містить до 6 % кобальту введення 1 % карбіду хрому зменшує міцність на згин, при 10 % кобальту — не змінює її, а при 15 % кобальту – підвищує границю міцності. Це зумовило використання добавок карбіду хрому тільки в тверді сплави марок ВК10ХОМ і ВК15ХОМ.

Введення карбіду хрому дає змогу також підвищити твердість сплавів при підвищених температурах. У сплавах ВК10ХОМ та ВК15ХОМ карбід хрому замінює карбід танталу. З цих сплавів виготовляють пластини для кінцевих фрез із гвинтовою різальною кромкою, призначених для оброблення важкооброблюваних матеріалів. Ці сплави можуть застосовуватися для силового точіння із зрізанням великого шару металу.

3.4.2 Двокарбідні тверді сплави

Двокарбідні тверді сплави також виготовлюється методом порошкової металургії і містять карбіди титану та вольфраму в кобальті: Т60К6, Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10,Т5К12В. Наприклад, у твердому сплаві марки ТІ4К8 є 8 % кобальту (К8), 14% карбіду титану (ТІ4) і 78 % карбіду вольфраму.

Сплави групи ТК мають більшу, ніж сплави ВК, твердість, теплостійкість і зносостійкість, але меншу міцність. Окрім цього, із-за підвищеної крихкості вони погано витримують ударне і знакоперемінне навантаження. В зв’язку з цим сплави групи ТК з меншим вмістом карбідів титану (Т5К10, Т5К12, Т14К8) доцільно використовувати для чорнового і напівчистового оброблення, а з більшим вмістом карбідів титану (Т15К6, Т30К4) – для чистового і напівчистового оброблення сталей з підвищеними швидкостями різання.

3.4.3 Трикарбідні тверді сплави

Трикарбідні тверді сплави складаються з карбідів танталу, титану та вольфраму в кобальті. Цифрами у марці сплаву після літер ТТ позначають сумарний вміст карбідів танталу та титану у цьому сплаві. Наприклад у твердому сплаві марки ТТ7К12 є 12 % кобальту (К12), 7 % карбідів танталу і титану (ТТ7), решта – 81 % карбіду вольфраму.

Виготовлення трикарбідного твердого сплаву здійснюють так само, як і виготовлення одно – та двокарбідних сплавів.

Сплави групи ТТК за своїми фізико-механічними властивостями є проміжними між вольфрамовими та титановольфрамовими сплавами. Вони мають більш високу міцність і в’язкість, але поступаються їм за твердістю і теплостійкістю. Завдяки високій зносостійкості і експлуатаційній міцності в умовах ударних навантажень і вібрацій сплави групи ТТК ефективні при чорновій обробці сталей та сплавів.

3.4.4 Безвольфрамові тверді сплави

Безвольфрамові тверди сплави розроблені з метою зменшення використання вольфраму. Вони випускається наступних марок: ТМ1, ТМ3, ТН20, ТН30, ТН40, КНТ16, КНТ20, КНТ30і складаються із (Ti+Nb)C, TiC, Ni, Mo.

Безвольфрамові тверді сплави відрізняються підвищеною жаростійкістю і низькою схоплюваністю зі сталлю. Завдяки великій густині при заточуванні на інструменті можна зробити гостру кромку, що важливо для чистового інструменту. Інструментами, виготовленими з таких сплавів, сталі обробляються практично без утворення наросту. Враховуючи це, вони рекомендуються для чистового та напівчистового точіння малолегованих сталей і деяких кольорових металів

3.5 Інструментальна різальна кераміка

Інструментальна різальна кераміка випускається в вигляді трьох- та чотирьохгранних, ромбічних та круглих пластин.наступних марок: ЦМ-332, ВО13 – оксидна кераміка на основі (А12О3); ВОК-60, ВОК-63 – оксиднокарбідна (металокераміка), в яку з метою збільшення міцності в оксид алюмінію добавляються карбіди титану та вольфраму (20-25 %). Різальна кераміка має високі твердість (HRA 91-94), теплостійкість (1200°C), вдвічі менший коефіцієнт тертя, ніж у твердих сплавів, і низьку собівартість.

Застосування інструментів з різальної кераміки обмежується чистовим або напівчистовим точінням з постійним перерізом зрізуваної стружки без ударів на верстатах підвищеної жорсткості (без вібрації), оскільки за характеристиками міцності різальна мінералокераміка поки поступається твердим сплавам.

Силініт-Р – новий інструментальний матеріал на основі нітриду кремнію, тугоплавких матеріалів та оксиду алюмінію має наступні фізико-механічні характеристики: твердість HRA 94-86, теплостійкість 1600°С, міцність на вигин 600 МПа. . Силініт-Р призначений для чистового і напівчистового оброблення конструкційних та інструментальних сталей твердістю до НRС 70, чавунів та інших матеріалів Стійкість інструментів, виготовлених з цього матеріалу, в 1,3-5 разів вища, ніж твердосплавних.

Кортиніт – новий вид мінералокераміки (алюмооксидна кераміка, легована ультрадисперсним нітридом титану). Його твердість НRА 92-94, міцність на вигин 650 МПа. Кортиніт використовується для чистового та напівчистового точіння і фрезерування різних матеріалів (конструкційні та вуглецеві сталі твердістю до НRС 55, сірі і вибілені чавуни та інші матеріали).

3.6 Алмази, синтетичні надтверді матеріали.

Природні алмази мають високі різальні властивості, але вони дорогі. Тому останнім часом усе більшого поширення набули полікристалічні синтетичні алмази різних марок.

Баласи (АРВ) – полікристалічні синтетичні алмази діаметром 3,6-6,7 мм заввишки 3-5,5 мм.

Карбонадо (АРК) – полікристалічні синтетичні алмази досконалішої дрібнозернистої структури. За твердістю та теплостійкістю вони близькі до природних алмазів, мають хімічну спорідненість з деякими металами. Теплостійкість на повітрі становить 700°С. Карбонадо випускаються діаметром 2,5-4,6 мм, заввишки 2,5-4 мм, масою 0,2-1 карат.

Дисміт – полікристалічний алмаз на основі синтетичних і природних алмазів.

Сіапол (АСПВ) – різновид карбонадо, відрізняється від нього геометричною формою, випускається масою 1,4-2 карата у вигляді заготовок діаметром 5,8-8,7мм і висотою 2,8-3,2 мм.

Синтетичні алмази СВ, СВС, СВАБ (алмазні спеки) випускаються у вигляді циліндрів діаметром 3,5-4,5 мм, заввишки до 4 мм, масою 0,5-0,8 карата.

Механічні характеристики полікристалічних синтетичних алмазів (особливо АСПК) вищі від характеристик природних монокристалічних алмазів, що важливо для інструменту, який виготовлений з одного кристалу. Алмазні інструменти доцільно використовувати при обробленні алюмінієвих сплавів, кераміки, твердих сплавів, склопластиків, композиційних і неметалевих матеріалів, у тому числі і армованих.

Кубічний нітрид бору і вюрцитоподібний нітрид бору – інструментальні синтетичні надтверді матеріали, які мають високі твердість, міцність, теплостійкість і стійкість проти зношування. За твердістю та теплостійкістю вони значно перевершують усі відомі інструментальні матеріали.

Кубічний нітрид бору – новий синтетичний надтвердий матеріал, його одержують з нітриду бору, що містить 43,6 % бору та 56,4 % азоту. Це твердий, теплостійкий і хімічно стійкий матеріал. За твердістю він близький до алмазу. Його теплостійкість становить 1300°С (за деякими даними вона досягає 1800°С). На відміну від алмазів цей матеріал хімічно інертний до залізовуглецевих сплавів, що особливо важливо при шліфуванні твердих сплавів, загартованих сталей, високоміцних і важкооброблюваних залізовуглецевих сплавів та при заточуванні швидкорізальних інструментів, коли контактна температура в зоні різання досягає 1000°С і більше.

Боразон, кубоніт та ельбор – це один і той же самий матеріал – кубічний нітрид бору. Вони розрізняються фізико-механічними властивостями залежно від особливостей технології їх виробництва, вихідних основних матеріалів, параметрів синтезу (тиску, температури, часу витримки), розчинників (каталізаторів), що застосовуються, а також добавок.

Полікристалічні синтетичні надтверді матеріали на основі щільних модифікацій нітриду бору, запропоновано називати композитами та класифікувати наступним чином (в дужках наведені старі найменування):

Композит 01 (ельбор-Р) – полікристалічний синтетичний матеріал на основі кубічного нітриду бору. Має однорідну дрібнозернисту кристалічну структуру, темно-синього кольору, без видимих включень. Фізико-механічні властивості композиту 01, як і решти синтетичних надтвердих матеріалів, наведено в табл. 3.10.

Композит 02 (бєлбор) – полікристалічні агрегати кубічного нітриду бору, монолітні полікристалічні блоки на його основі.

Композит 03 (ісміт) – полікристалічний синтетичний матеріал на основі кубічного нітриду бору. Має дрібнозернисту структуру, що складається з кристалів кубічного нітриду бору, які зрослися. Випускається в трьох виконаннях (ісміт-1, ісміт-2, ісміт-3), які відрізняються між собою густиною.

Композит 05 (композит) – полікристалічний синтетичний матеріал на основі кубічного нітриду бору з добавкою алмазного матеріалу.

Композит 09 – полікристалічний твердий нітрид бору. Одним з компонентів вихідної сировини є вюрцитоподібна модифікація нітриду бору. Випускається в кількох модифікаціях.

Композит 10 (гексаніт-Р) – полікристалічний синтетичний матеріал на основі вюрцитоподібного нітриду бору. Має однорідну структуру, темно-сірого або чорного кольору.

Найважливішими галузями застосування композитів є оброблення заготовок із сталі твердістю, більшою за HRC 45 і чавунів будь якої твердості, а також твердих сплавів, кольорових металів, склопластиків і пластмас.

Перспективні технічні характеристики має новий синтетичний матеріал, створений на основі кубічного нітриду бору – кіборит. Його можна застосовувати на чистових і чорнових режимах оброблення наплавлених поверхонь деталей твердістю до НRС 59-63, що практично неможливо виконати іншими інструментами.

В останні роки за кордоном створено ряд синтетичних надтвердих матеріалів: ніборит, бормет, алмет та ін. Перевагами їх є, насамперед, значні розміри – до 15 мм, можливість оброблення в'язких матеріалів з великими глибинами різання та подачами. Ведуться експерименти щодо створення із цих матеріалів багатогранних непереточуваних пластин.

Цікавим є досвід застосування двошарових пластин, які складається з високоміцної металевої основи, покритої композитом 01 або композитом 10.. Двошарова пластина із нітриду бору, дає змогу використовувати при обробленні високі теплостійкість та стійкість проти зношування у покриття із синтетичних надтвердих матеріалів, а також високу міцність металевої основи. Галузь застосування двошарових пластин нітриду бору – напівчистове і чистове точіння важкооброблюваних матеріалів (загартованих сталей, чавунів, твердих сплавів), у тому числі з ударом.

Промисловістю випускаються різці, оснащені двошаровими пластинами з полікристалів нітриду бору – композита 05ИТ 2, а також пластини гексаніту-Р (композита 10).

3.7 Підвищення стійкості різальних інструментів

Одним із способів підвищення стійкості швидкорізальних сталей є їх виготовлення гідростатичним і гідродинамічним видавлюванням, що збільшує твердість та міцність на вигин та ударну в'язкість сталей. Другий спосіб – виготовлення швидкорізальних сталей методом порошкової металургії.

Метод магнітного оброблення швидкорізальних сталей також дає змогу значно підвищити стійкість інструментів. Завдяки магнітному обробленню підвищуються твердість і пластичність матеріалу

Стійкість інструментів зі швидкорізальної сталі може бути підвищена також методом дифузійного нанесення тонкого шару матеріалу (хрому, молібдену, ванадію) з більш високими механічними властивостями, який забезпечує підвищення твердості та стійкості проти зношування.

Стійкість різальних інструментів може бути підвищена та іншими способами (наприклад, лазерне зміцнення швидкорізальних та інших інструментальних сталей дає високі твердість і стійкість завдяки фазовим перетворенням металу поверхневого шару на заданій ділянці інструмента). Властивості основного .матеріалу при цьому зберігаються незмінними.

ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ